一种双接口雷达数据记录仪制造技术

本发明专利技术一种双接口雷达数据记录仪，它是由ＤＳＰ主控模块、ＦＰＧＡ接口控制模块、ＡＤＣ数据采集模块、ＳＤＲＡＭ数据缓存单元、网络接口芯片、固态ＩＤＥ硬盘和电源芯片组成。它们之间的连接关系是：ＳＤＲＡＭ数据缓存单元与ＤＳＰ主控模块相连，用于数据缓存；ＤＳＰ主控模块和ＡＤＣ数据采集模块均与ＦＰＧＡ接口控制模块通过总线相连，进行数据交换；ＦＰＧＡ接口控制模块控制固态ＩＤＥ硬盘和网络接口芯片完成数据记录；电源芯片负责提供整个系统工作所需的电压。本记录仪系统集成在一片ＰＣＢ上，双接口功能均通过一片ＤＳＰ和一片ＦＰＧＡ编程实现，减少了专用芯片的使用，节省ＰＣＢ面积并减轻系统重量，且具有使用灵活，易于修改的优点。它在通信控制技术领域里具有实用价值和广阔地应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双接口雷达数据记录仪。属于通信控制

技术介绍
随着超宽带雷达技术和软件无线电的发展，雷达信号的波形也越来越复杂，只有 对实际情况下的雷达目标回波深入细致的进行分析研究，才能保证整个雷达信号处理系统 的正确性和稳定性。雷达回波经过射频前端、接收中频处理后会产生巨大的数据量，为了使 数据完整的保存下来，记录设备必须能够连续的、长时间的跟踪记录每一个雷达回波脉冲 内的信号，用于试验结束后的数据处理与分析。因此，数据记录设备在雷达导引头的研制和 实验过程中具有十分重要的作用。雷达系统的中频信号频率一般都小于100MHz，记录设备 的采样频率要高于80MHz且需要连续工作一个小时以上，所以每次实验连续记录的雷达数 据容量可以达到几十到几百GB，因此对记录系统的速度和容量均提出了很高的要求。我国在高速大容量存储技术方面还相对落后，而且我国的存储技术的研究主要在 存储系统的方案实现上，即系统级开发。许多核心技术的研究、产品的开发、生产相对滞后。 但随着技术的不断进步，又给我们提供了新的机遇和挑战。国内已有部分院校、研究单位和 企业在进行这方面的研究工作。清华大学的精密仪器与机械系也在做这方面的研究，并已 经取得了一定成果。其主要成果为“Sustained Data Recording System Base On Software RAID”，它的连续、实时存储是基于软件独立冗余磁盘阵列(即RAID)来实现的，采用Xilinx 公司的复杂可编程逻辑器件(即CPLD)和CYPRESS公司的同步动态随机存储器(即SDRAM) 组成双页缓冲器，LSI53C770S CSII/0处理器和小型计算机系统接口(即SCSI)硬盘组成 RAID冗余系统。高速大容量存储技术在国外得到非常迅速的发展，新的存储媒介不断被推出，新 的存储方案不断涌现。数据存储的介质从磁带、硬磁盘，到现在的光存储介质，存储的速度 越来越快、存储的容量越来越大。从发展的趋势来看，主要是依靠新的存储介质或者是采用 新的技术进行改进，从而提高速度和容量。当前雷达数据记录仪根据记录介质可分为磁带机、磁盘阵列和固态存储器三类(1)磁带机磁带机记录的是模拟信号，能够真正实现无失真记录模拟数据。因此磁带机主要 用作海量存储，一般作为数据备份，其特点是容量大，控制简单，但成本较高，记录速度低， 回放不灵活。如Quantum公司的DLT 8000磁带机，单盘磁带容量为80GB，传输率为6. OMB/ S0(2)磁盘阵列磁盘阵列记录仪采用RAID技术，把多个硬盘连接在一起协同工作，实现硬盘的并 行输入输出，具有容量大，记录和回放速度较高等优点，但系统庞大，结构复杂，功耗较高。 如长久思捷公司研制的LH-DACQ高速雷达数据记录系统，采用SCSI磁盘作为基本的存储介 质，采用RAIDO存储控制引擎，持续记录速度为320MB/S，峰值存储速度超过385MB/S。(3)固态存储器固态存储被认为是存储行业的技术革新，目前基于闪存(即FLASH)的固态存储阵 列正在迅猛发展，其具有无机械结构、读写延迟极小、低功耗、低噪音等众多优点，并且具有 极高的读写带宽，但价格昂贵，开发周期长。如SEAKR公司研制的某型号雷达数据记录系 统，采用新一代EMDS固态存储器，容量达1TB，写入速度超过1000MB/S。此外，以太网在实时操作、可靠传输、标准统一等方面的卓越性能及其便于安装、 维护简单、通信距离远等优点，已经被国内外很多实时监控、数据记录领域的研究人员广泛 关注，并在实际应用中展露出显著的优势。本专利技术设计并实现了一种用于某脉冲多普勒(即PD)雷达系统的小型化数据记录仪，具有固态集成电路设备(即IDE)硬盘和RJ45网线双接口，同时满足空中和地面应用环 境要求，能实时记录雷达原始波形数据。由于系统和技术的通用性，也可应用于其他相似的 数据记录系统。针对上面提到的情况以及现实中的需求，考虑到稳定性设计、高可靠性设计 以及兼容性和可扩展性，本专利技术采用了数字信号处理器(即DSP) +现场可编程门阵列(即 FPGA)的硬件结构设计，把所有的数据采集处理功能、接口协议的实现等功能都由硬件编程 实现，一方面可以减少专用芯片的大量使用，从而有利于实现小型化，另一方面各部分功能 都由编程实现，易于进行功能的扩展，从而实现了兼容性和可扩展性。本双接口雷达数据记录仪，以DSP为主控制器，FPGA为主要的接口单元，实现了高 速实时记录雷达数据的目标，为事后对雷达信号研究和分析提供了一个有利的工具。其具 有固态IDE硬盘和RJ45网线两种接口，能够适应机载和地面等多种应用环境，使用灵活方 便。本记录仪体积小，记录速度快，工作稳定可靠，可广泛应用于各种雷达测试和挂飞试验。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的在于提供一种双接口雷达数据记录仪，该记录仪能够将雷 达原始数据实时记录在固态IDE硬盘中或者通过RJ45网线实时输出。本专利技术成功在一个 雷达数据记录系统中实现双接口输出，并可根据具体应用场合自主切换，本双接口雷达数 据记录仪系统集成在一片印刷电路板(即PCB)上，双接口功能均通过一片DSP和一片FPGA 编程实现，减少了专用芯片的使用，节省PCB面积并减轻系统重量，且具有使用灵活，易于 修改的优点。本专利技术主要创新点是在单PCB上通过可编程逻辑器件实现双接口雷达数据记录 仪。以往的大容量数据存储装置，人们一般使用专用芯片(如IDE硬盘控制芯片，缺点是无 法修改，而且一家公司的芯片一般只能用于自己家公司的硬盘，无法实现通用性)，或是只 有一种接口，只能满足特定应用环境下的需求。本专利技术在一个系统中同时实现了两种接口， 并可以自主切换，减少专用芯片的使用，具有体积小，重量轻，适应性强，易于修改等优点， 可广泛应用于雷达系统调试及挂飞实验。2、技术方案本专利技术一种双接口雷达数据记录仪，它包括DSP主控模块、FPGA接口 控制模块、ADC数据采集模块、SDRAM数据缓存单元、网络接口芯片、固态IDE硬盘和电源芯 片。它们之间的连接关系是SDRAM数据缓存单元与DSP主控模块相连，用于数据缓存；DSP 主控模块和ADC数据采集模块均与FPGA接口控制模块通过总线相连，进行数据交换；FPGA 接口控制模块控制固态IDE硬盘和网络接口芯片完成数据记录；电源芯片负责提供整个系统工作所需的电压。该记录仪的硬件系统框图如图1所示。所述DSP主控模块是本专利技术的主控制部分，它采用模块化设计，每个模块单独完 成各自的功能，它包括数据缓存模块、FAT32文件格式生成模块和FPGA通信模块。它们之 间的连接关系是数据缓存模块、FAT32文件格式生成模块分别与FPGA通信模块通过数据 总线、地址总线和控制总线相连，数据缓存模块将原始数据和FAT32文件格式数据一起传 给FPGA通信模块。该数据缓存模块内部开辟出一块接收随机存取存储器(即RXRAM)，与 FPGA接口控制模块生成的先入先出存储器(即FIFO)通过数据总线、控制总线相连，把雷达 原始数据从FIFO读取到RXRAM内，完成原始数据的采集和打包。由于TS201S具有SDRAM 控制器，因此该数据缓存模块与SDRAM数据缓存单元通过数据总线、地址总线和控制总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双接口雷达数据记录仪，其特征在于：它是由ＤＳＰ主控模块、ＦＰＧＡ接口控制模块、ＡＤＣ数据采集模块、ＳＤＲＡＭ数据缓存单元、网络接口芯片、固态ＩＤＥ硬盘和电源芯片组成；它们之间的连接关系是：ＳＤＲＡＭ数据缓存单元与ＤＳＰ主控模块相连，用于数据缓存；ＤＳＰ主控模块和ＡＤＣ数据采集模块均与ＦＰＧＡ接口控制模块通过总线相连，进行数据交换；ＦＰＧＡ接口控制模块控制固态ＩＤＥ硬盘和网络接口芯片完成数据记录；电源芯片负责提供整个系统工作所需的电压；所述ＤＳＰ主控模块是高端处理器ＴＳ２０Ａ的控制模块组成；它们之间的连接关系是：ＤＳＰ配置模块在上电后对ＤＳＰ进行配置，ＡＤＣ控制模块负责生成ＡＤＣ工作所需的时序逻辑，ＡＤＣ控制模块与固态ＩＤＥ硬盘接口控制模块和网络接口芯片控制模块均相连，可自主切换两种数据接口；该ＤＳＰ配置模块由组合逻辑电路构成，系统上电后，ＦＰＧＡ接口控制模块将ＤＳＰ主控模块对应管脚进行配置，同时将ＤＳＰ主控模块输出时钟作为本地时钟，全局按此频率来运行，ＦＰＧＡ接口控制模块对ＤＳＰ主控模块进行配置使ＤＳＰ能进入仿真环境，实现ＪＴＡＧ即联合测试行为组织在线调试；该ＡＤＣ控制模块由时序逻辑构成，其模数转换器件是ＡＤ９４３０，它搭建出工作所需时序逻辑；ＡＤ９４３０具有双路输出功能，即输出按照第“Ｎ，Ｎ＋２，Ｎ＋４，．．．”和第“Ｎ＋１，Ｎ＋３，Ｎ＋５．．．”采样点分为两路，ＡＤ９４３０提供输出同步时钟，在同步时钟的上升沿将两路采样数据输出到管脚，并将数据存入ＦＰＧＡ接口控制模块生成的ＦＩＦＯ中，由ＤＳＰ主控模块读走；该固态ＩＤＥ硬盘接口控制模块由有限状态机构成，通过读写固态ＩＤＥ硬盘的寄存器组完成硬盘初始化、ＰＩＯ４工作模式建立和数据传输过程；固态ＩＤＥ硬盘具有ＰＩＯ和ＤＭＡ两类工作模式，ＰＩＯ工作模式通过Ｉ／Ｏ端口指令进行数据读写，记录仪选择ＰＩＯ模式中速度最快的ＰＩＯ４模式，兼顾传输速度和系统稳定性；本模块生成了两个ＦＩＦＯ，分别用来保存写入即ＦＩＦＯＷ和读出即ＦＩＦＯＲ的硬盘数据，避免了读写操作冲突，提高系统稳定；此外，数据线逻辑控制负责切换固态ＩＤＥ硬盘的数据总线连接寄存器还是ＦＩＦＯ；ＩＤＥ状态单元用来反映硬盘当前是否可读／写状态，配合ＤＳＰ主控模块进行硬盘读写操作；读写状态反映最近一次硬盘读写是否正常；地址线逻辑控制配合不同的寄存器生成不同的地址，将配置读写硬盘的参数发送给硬盘；ＩＤＥ读写控制负责管理和...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，蒋海，张玉玺，李伟，张文昊，姚旺，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]